Loi Ray Baum Act et E911

En mars 2018, le Congrès des États-Unis a adopté la loi RAY BAUM'S Act visant à garantir l'intervention rapide des services d'urgence, que l'appelant utilise une ligne fixe, un téléphone portable, la technologie VoIP ou d'autres technologies. Depuis 2022, la FCC (Commission fédérale des communications) a également adopté des directives et des mesures dans le but de fournir des données sur les étages pour les appels au E911¹. Suite à ces réglementations, les entreprises qui fabriquent des téléphones, des tablettes, des montres connectées et d'autres produits avec fonction vocale migrent désormais vers des capteurs de pression plus précis, capables de détecter les changements d'altitude en mesurant la pression atmosphérique.

Pression atmosphérique et altitude

La pression atmosphérique est directement liée à l'altitude. Pour faire simple, plus la masse d'air au-dessus de nous est épaisse, plus la pression exercée sur nous est élevée. L'utilisation de capteurs de pression pour la détection d'étage est généralement associée aux systèmes d'immotique et d'ascenseurs.

Figure 1 : Relation entre la pression atmosphérique et les étages. (Source de l'image : STMicroelectronics)

Les capteurs mesurent les changements de pression atmosphérique lorsque les ascenseurs se déplacent entre les étages. Quand l'ascenseur monte, la pression atmosphérique diminue, car il y a moins d'atmosphère au-dessus du capteur.

Défis liés au respect des nouvelles exigences

Pour les petits changements d'altitude, la relation entre la pression atmosphérique et l'altitude est linéaire, comme illustré à la Figure 2. Dans des conditions idéales à température ambiante, la pression change d'environ 1 mbar tous les 8 mètres environ, soit environ 0,5 mbar par étage dans un immeuble typique.

Figure 2 : Relation entre la pression atmosphérique et l'altitude. (Source de l'image : STMicroelectronics)

Mais dans la pratique, l'utilisation de la pression atmosphérique pour la détection d'étage entraîne deux défis majeurs. Le premier concerne la précision du capteur sur la plage de fonctionnement des pressions et des températures, tandis que le deuxième porte sur la compensation des variations de pression dues à des conditions locales telles que la météo, la température, les turbulences de l'air, etc.

Précision des capteurs

Ces dix dernières années, les capteurs de pression MEMS ont connu des avancées significatives en matière de précision et de stabilité dans toutes les conditions de fonctionnement. Les capteurs de pression offrent désormais une compensation de température embarquée, et les fabricants de puces ont intensifié les opérations d'étalonnage en usine pour améliorer la précision et la stabilité des capteurs de pression sur la durée et en fonction de la température.

Ces améliorations sont mises en évidence dans le Tableau 1, qui compare les anciens capteurs de pression MEMS au capteur de pression absolue LPS22DF de pointe actuel :

Tableau 1 : Paramètres clés des anciens capteurs de pression par rapport aux capteurs modernes.

Le LPS22DF présente une conception MEMS avancée qui réduit considérablement la dérive et accélère la récupération après le soudage. De plus, la conception du LPS22DF fournit une stabilité à long terme en limitant la dérive dans le temps. Les capteurs de pression modernes tels que le LPS22DF peuvent détecter de manière fiable les changements d'étage.

Conditions météorologiques locales

Les conditions météorologiques, en particulier les variations quotidiennes de température et d'humidité, peuvent affecter de manière significative la pression atmosphérique. Chaque jour, la pression barométrique peut varier de l'équivalent de plusieurs étages en l'espace de quelques heures. Dans l'exemple ci-dessous, une variation de 3 mbar de la pression barométrique équivaut à un changement d'altitude de plus de 23 mètres.

Figure 3 : Pression atmosphérique heure par heure à New York⁴. (Source de l'image : https://barometricpressure.app/new-york)

Compensation de la pression locale et météorologique

La compensation météorologique implique l'étalonnage et l'ajustement continu des mesures de pression sur la base des données de pression atmosphérique en temps réel.

Figure 4 : Étalonnage et compensation pour les conditions météorologiques changeantes. (Source de l'image : STMicroelectronics)

Des entreprises comme NextNav³ proposent des algorithmes sophistiqués et des techniques de fusion de capteurs pour compenser les facteurs externes. Le système Pinnacle® de NextNav fournit un positionnement vertical précis de « l'étage » pour les applications de géolocalisation en utilisant les capteurs barométriques. L'entreprise a également déployé une flotte de stations de référence et de serveurs administrés couvrant des zones métropolitaines entières, offrant ainsi une couverture complète de l'axe z en milieu urbain.

NextNav s'efforce également d'améliorer la qualité et la précision des capteurs de pression atmosphérique par le biais d'un programme « NextNav Certified ». En collaboration avec les fabricants de dispositifs, NextNav élabore un plan de test spécifique au modèle de capteur et évalue les résultats des tests sur la base des critères convenus. Après la certification finale, NextNav délivre une lettre de certification pour prouver la conformité aux normes NextNav Certified. Grâce à des améliorations significatives en termes d'exactitude absolue et d'architecture à faible dérive, le LPS22DF est le premier capteur de pression de ST à recevoir la certification NextNav².

Conclusion

Depuis 2022, les régulateurs exigent que tous les systèmes avec fonction vocale répondent aux exigences fixées par la loi RAY BAUM'S Act et la FCC. Les fabricants de téléphones, de tablettes, de montres connectées et d'autres produits IoT avec fonction vocale intègrent des capteurs de pression plus précis pour répondre aux nouvelles normes. Des entreprises tierces comme NextNav proposent des services de certification ainsi que des solutions logicielles et matérielles pour atteindre la précision verticale requise. Outre les services tels que le 911 amélioré (E911), de nombreuses autres applications pourront tirer parti de ces nouvelles capacités matérielles et logicielles.

Références

1. Localisation distribuable des appels au 911 : https://www.fcc.gov/911-dispatchable-location
2. LPS22DF, le premier capteur de pression de ST à recevoir la certification NextNav grâce à ses capacités uniques : https://blog.st.com/lps22df-nextnav/
3. NextNav ajoute de nouvelles dimensions à la géolocalisation : www.nextnav.com
4. Prévisions et historique de la pression barométrique à New York : https://barometricpressure.app/new-york
5. Capteurs de pression atmosphérique LPS001WP et LPS331AP : LPS001WP - MEMS pressure sensor, 300-1100 mbar absolute digital output barometer - STMicroelectronics